JP6329930B2

JP6329930B2 - 駆動装置、輸送機器及び制御方法

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Publication number: JP6329930B2
Application number: JP2015192204A
Authority: JP
Inventors: 滝沢　大二郎; 大二郎滝沢; 昌浩島田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: US9895997B2; CN106558746A; JP2017070078A; CN106558746B; US20170088009A1

Description

本発明は、特性の異なる複数の蓄電器を備えた駆動装置、輸送機器及び制御方法に関する。

特許文献１には、燃料電池電源システムが搭載された車両が記載されている。当該車両は、燃料電池と、燃料電池と接続されたキャパシタ及び二次電池からなる蓄電ユニットと、燃料電池及び蓄電ユニットの出力部が接続された、車両の動力源である電動機と、該出力部と電動機との間に設けられたＰＤＵ（Power Drive Unit）とを備え、燃料電池と蓄電ユニットとＰＤＵとを含む電源システムの構成物品群は、車両の内部を流れる冷媒によって使用上限温度及び発熱量が小さい順に冷却されるように配置されている。蓄電ユニットと燃料電池とＰＤＵの使用上限温度はそれぞれ異なり、例えば、蓄電ユニットの使用上限温度は６０℃、燃料電池の使用上限温度は９０℃、ＰＤＵの使用上限温度は１２０℃である。また、燃料電池と蓄電ユニットとＰＤＵの発熱量は、蓄電ユニットが最も小さく、燃料電池が次いで大きく、ＰＤＵが最も大きい。このため、特許文献１に記載の車両には、冷媒によって蓄電ユニット、燃料電池及びＰＤＵの順に冷却されるように各々が配置されている。

特開２００９−１２６４５２号公報特開２０１４−０７９１５２号公報

特許文献１に記載された車両は燃料電池車両であるため、使用上限温度及び発熱量の異なる燃料電池と蓄電ユニットとが電源システムの構成要素として設けられ、蓄電ユニットは燃料電池に対して冷媒の上流側に配置されている。しかし、ＥＶ（Electrical Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）といった燃料電池を有していない電動車両に特性の異なる複数の蓄電器を配置する場合、当該複数の蓄電器の各発熱量は異なっても使用上限温度が同程度であると、特許文献１に記載の思想に基づく配置を当該電動車両に適用しても最適な冷却システムを構築することができない。例えば、複数の蓄電器を発熱量が小さい順に冷却されるように配置すると、冷媒の上流側の蓄電器は十分に冷却されるが、下流側の蓄電器は、上流側の蓄電器の熱によって温まった冷媒によっては十分に冷却されずかつ発熱量も大きいため、下流側の蓄電器のみが使用上限温度に到達してしまう可能性が高い。

なお、複数の蓄電器を備えた電動車両に関しては特許文献２に記載されており、特許文献２の電動車両には、使用頻度が相対的に高いバッテリを液体冷媒で冷却し、使用頻度が相対的に低いバッテリを気体で冷却する冷却システムが搭載されている。しかし、この冷却システムは各バッテリを冷却するための別個の冷却手段を要するため、サイズ及び重量並びにコストが増大する。

本発明の目的は、発熱量の異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却にとって最適な駆動装置、輸送機器及び制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、充放電による発熱量が小さい第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動して電動車両の動力を出力する駆動部（例えば、後述の実施形態でのモータジェネレータ１０１）と、
前記電動車両の内部を流れる冷媒によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の温度を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）と、
前記冷媒の温度を調整する温度調整部（例えば、後述の実施形態でのラジエータファン１２５）と、
前記冷媒の供給量を調整する供給量調整部（例えば、後述の実施形態での電動ウォータポンプ１２１）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量を管理する第１管理部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）と、を備え、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されており、
前記制御部は、前記第１蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である一次温度が前記第１蓄電器の温度及び前記第２蓄電器の温度の少なくともいずれか一方より高い場合は、前記温度調整部を駆動して前記冷媒の温度を下げた後、前記第１蓄電器を冷却した後であって前記第２蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である二次温度と、前記第２蓄電器の温度と、に基づいて、前記供給量調整部による前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断し、
前記第１管理部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量の各目標値に基づいて、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の充電を制御し、
前記第１蓄電器の蓄電容量の目標値は、前記第２蓄電器の蓄電容量の目標値より低い、駆動装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記制御部が管理する前記第１蓄電器の上限管理温度と前記第２蓄電器の上限管理温度は略同じである。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０７）を含む電装部を備え、
前記第１蓄電器、前記第２蓄電器及び前記電装部は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器、前記電装部の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記第１蓄電器は、前記第２蓄電器に比べて内部抵抗が高い。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記第１蓄電器は、前記第２蓄電器に比べて、エネルギー重量密度が優れ、かつ、出力重量密度が劣る。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量を管理する第２管理部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）を備え、
前記第２管理部は、前記駆動部の回生動作によって得られた回生電力を前記第１蓄電器よりも優先して前記第２蓄電器に充電し、前記回生電力のうち前記第２蓄電器に充電できない分を前記第１蓄電器に充電するよう、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の充電を制御する。

請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記電圧変換部は、前記第２蓄電器の出力電圧を変換し、
外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第２蓄電器に直接充電する第１充電部（例えば、後述の実施形態での普通充電器１０３）と、
前記外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第１充電部よりも高い電圧で前記第１蓄電器に直接充電する第２充電部（例えば、後述の実施形態での急速充電器１０５）と、
を備える。
請求項８に記載の発明は、請求項４から６のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０７）と、
外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第２蓄電器に直接充電する第１充電部（例えば、後述の実施形態での普通充電器１０３）と、
前記外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第１充電部よりも高い電圧で前記第１蓄電器に直接充電する第２充電部（例えば、後述の実施形態での急速充電器１０５）と、
を備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する際、前記二次温度が前記第２蓄電器の温度より高い場合は、前記冷媒の供給量が増大するよう前記供給量調整部を制御する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する際、前記第２蓄電器の温度がしきい値より高く、かつ、前記二次温度が前記第２蓄電器の温度より高い場合は、前記冷媒の供給量が増大するよう前記供給量調整部を制御する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器である。

請求項１２に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器に比べて、充放電による発熱量が小さい第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動して電動車両の動力を出力する駆動部（例えば、後述の実施形態でのモータジェネレータ１０１）と、
前記電動車両の内部を流れる冷媒によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の温度を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）と、
前記冷媒の温度を調整する温度調整部（例えば、後述の実施形態でのラジエータファン１２５）と、
前記冷媒の供給量を調整する供給量調整部（例えば、後述の実施形態での電動ウォータポンプ１２１）と、を備え、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されている駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記第１蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である一次温度が前記第１蓄電器の温度及び前記第２蓄電器の温度の少なくともいずれか一方より高い場合は、前記温度調整部を駆動して前記冷媒の温度を下げた後、前記第１蓄電器を冷却した後であって前記第２蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である二次温度と、前記第２蓄電器の温度と、に基づいて、前記供給量調整部による前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する、制御方法である。

請求項１の発明及び請求項１１の発明によれば、発熱量が大きな第１蓄電器から優先して冷却されるため、第１蓄電器は十分に冷却され、下流側に配置される第２蓄電器は、第１蓄電器の熱によって温まった冷媒によって冷却されるが、発熱量が小さいため十分に冷却される。このように、発熱量の異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。
また、第１蓄電器の蓄電容量の目標値は低いため、第１蓄電器は蓄電容量がこの低い目標値に低下するまで継続的に放電される。その結果、第１蓄電器の発熱量が大きくなるが、第１蓄電器から優先して冷却されるため、蓄電容量の目標値の相違によって発熱量が異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を、それぞれの蓄電器の使われ方の差異を考慮した上で最適な形態で行うことができる。
さらに、請求項１の発明及び請求項１２の発明によれば、冷媒の温度は、第１蓄電器を冷却前の温度に基づいて管理され、冷媒の供給量は、第２蓄電器を冷却前の冷媒の温度と第２蓄電器の温度との関係に基づいて調整される。したがって、第２蓄電器の温度が上昇しても、冷媒の温度と供給量を変えることで、第２蓄電器を適切に冷却することができる。

請求項２の発明によれば、第１蓄電器と第２蓄電器の上限管理温度は略同じであるが、第１蓄電器及び第２蓄電器ともバランス良く冷却されるため双方とも適当な温度に保たれ、一方の蓄電器のみが上限管理温度に到達してしまうといった可能性を低減できる。

請求項３の発明によれば、第１蓄電器及び第２蓄電器に比べて、電圧変換部の発熱量は大きいが上限管理温度も高いため、第１蓄電器及び第２蓄電器を優先して冷却しても電圧変換部が上限管理温度に到達しないよう電圧変換部を冷却することができる。なお、電圧変換部が第１蓄電器又は第２蓄電器の近傍に配置されれば、蓄電器の冷却回路を用いて電圧変換部もまとめて効率的に冷却することができる。

請求項４の発明によれば、内部抵抗が高い蓄電器は発熱量が大きいが、内部抵抗が高い第１蓄電器から優先して冷却されるため、内部抵抗の異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。

請求項５の発明によれば、エネルギー重量密度が高く出力重量密度が低い高容量型の蓄電器は、一般的に第２蓄電器と比して使用（放電）頻度が高く発熱量が大きいが、高容量型である第１蓄電器から優先して冷却されるため、特性の異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。

請求項６の発明によれば、回生電力のうち第２蓄電器に充電できない分を第１蓄電器に充電するが、第１蓄電器は内部抵抗が高く充電受入れ特性が劣るため発熱量が大きい。しかし、第１蓄電器から優先して冷却されるため、充電受入れ特性の異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を、それぞれの蓄電器の使われ方の差異を考慮した上でより最適な形態で行うことができる。

請求項７の発明及び請求項８の発明によれば、第２充電部は高い電圧で第１蓄電器を充電するが、高電圧での充電はその蓄電器において大きな発熱を伴う。しかし、第１蓄電器から優先して冷却されるため、充電時の発熱量が異なる複数の蓄電器を備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。

請求項９の発明によれば、第２蓄電器を冷却する前の冷媒の温度が第２蓄電器の温度よりも高ければ、第２蓄電器は冷媒によって加温されてしまうが、冷媒の供給量を増大して、単位量の冷媒が第１蓄電器から伝達される熱量を小さくすることによって、第２蓄電器を冷却する前の冷媒の温度を下げることができる。このため、第２蓄電器を冷媒によって冷却することができる。

請求項１０の発明によれば、第２蓄電器を冷却する前の冷媒の温度が、しきい値（第１蓄電器及び第２蓄電器の上限管理温度に相当する値、若しくはその近傍の値）よりも高い第２蓄電器の温度よりも高ければ、第２蓄電器は冷媒によって加温されてしまうが、冷媒の供給量を増大して、単位量の冷媒が第１蓄電器から伝達される熱量を小さくすることによって、第２蓄電器を冷却する前の冷媒の温度を下げることができる。このため、しきい値よりも高い温度の第２蓄電器を冷媒によって冷却することができる。

一実施形態の電動車両の内部構成を示すブロック図である。高容量型バッテリと高出力型バッテリの特性等の相違を表形式に示す図である。一実施形態の電動車両内における高容量型バッテリ、高出力型バッテリ及びＶＣＵの位置と冷却液の流れとの関係を示す図である。ＥＣＵが行う冷却処理の流れを示すフローチャートである。他の実施形態の電動車両の内部構成を示すブロック図である。他の実施形態の電動車両内における高容量型バッテリ、高出力型バッテリ及びＶＣＵの位置と冷却液の流れとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、電動車両の内部構成を示すブロック図である。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータ（MG）１０１と、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと、普通充電器１０３と、急速充電器１０５と、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０７と、ＰＤＵ（Power Drive Unit）１０９と、Ｖ１センサ１１１と、Ｖ２センサ１１３と、スイッチ群１１５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１７とを備える。なお、図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。

モータジェネレータ１０１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくともいずれか一方から得られる電力によって駆動して、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ１０１で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及びデファレンシャル・ギアＤを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータ１０１は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ１０１を発電機として動作させることで生じた回生電力は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくともいずれか一方に蓄えられる。

高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、モータジェネレータ１０１に高電圧の電力を供給する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐも、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１０７を介してモータジェネレータ１０１に高電圧の電力を供給する。高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、ＶＣＵ１０７を介して、ＰＤＵ１０９に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧よりも一般的に低い。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力は、ＶＣＵ１０７によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧と同レベルまで昇圧された後、ＰＤＵ１０９を介してモータジェネレータ１０１に供給される。

なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅや高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、前述したニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電容量が少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタを高出力型バッテリＥＳ−Ｐとして用いても構わない。

普通充電器１０３は、高出力型バッテリＥＳ−ＰとＶＣＵ１０７との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７と並列に接続されている。普通充電器１０３は、商用電源等の外部電源からの交流電力を高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧レベルの直流電力に変換する。

急速充電器１０５は、高容量型バッテリＥＳ−ＥとＰＤＵ１０９との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。急速充電器１０５は、商用電源等の外部電源からの交流電力を高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧レベルの直流電力に変換する。

ＶＣＵ１０７は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧又は普通充電器１０３が出力した直流電力の電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０７は、電動車両の減速時にモータジェネレータ１０１が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０７は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧又は急速充電器１０５が出力した直流電力の電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ１０７によって降圧された電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電される。

ＰＤＵ１０９は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流をモータジェネレータ１０１に供給する。また、ＰＤＵ１０９は、モータジェネレータ１０１の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。

Ｖ１センサ１１１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖ１を検出する。Ｖ１センサ１１１が検出した電圧Ｖ１を示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。Ｖ２センサ１１３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖ２を検出する。なお、Ｖ２センサ１１３が検出した電圧Ｖ２は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖ１をＶＣＵ１０７が昇圧した値に等しい。Ｖ２センサ１１３が検出した電圧Ｖ２を示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。

スイッチ群１１５は、ジャンクションボックスＪＢ内に設けられた、普通充電器１０３、ＰＤＵ１０９又は急速充電器１０５から高容量型バッテリＥＳ−Ｅまでの電流経路を断接するスイッチＳＷｅと、普通充電器１０３、ＰＤＵ１０９又は急速充電器１０５から高出力型バッテリＥＳ−Ｐまでの電流経路を断接するスイッチＳＷｐとを有する。各スイッチＳＷｅ，ＳＷｐは、ＥＣＵ１１７の制御によって開閉される。

ＥＣＵ１１７は、ＰＤＵ１０９、ＶＣＵ１０７、普通充電器１０３及び急速充電器１０５の制御、並びに、スイッチ群１１５の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１７は、電流積算方式及び／又はＯＣＶ（開放電圧）推定方式によって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各蓄電容量（ＳＯＣ：State of Charge、「残容量」ともいう。）を導出して管理する。

次に、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの違いについて説明する。

高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なる。高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも、出力重量密度は低いが、エネルギー重量密度は高い。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも、エネルギー重量密度は低いが、出力重量密度は高い。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、エネルギー重量密度の点で相対的に優れ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、出力重量密度の点で相対的に優れる。なお、エネルギー重量密度とは、単位重量あたりの電力量（Ｗｈ／ｋｇ）であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力（Ｗ／ｋｇ）である。

エネルギー重量密度が優れている高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高容量を主目的とした蓄電器であり、電動車両の走行時に常に一定の電力をモータジェネレータ１０１に電力を供給する。したがって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣの目標値は低く設定され、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣは、走行に伴い当該目標値に到達するまで継続的に低下する。一方、出力重量密度が優れている高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高出力を主目的とした蓄電器であり、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ１０１に電力を供給する。また、モータジェネレータ１０１が発電した回生電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に入力される。したがって、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの目標値は、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣの目標値よりも高い中間値に設定され、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣはこの目標値を維持するようにその近傍で変動する。なお、モータジェネレータ１０１が発電した回生電力は、上述したように、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣに優先的に入力されるが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電できない分は高容量型バッテリＥＳ−Ｅに充電しても良い。

上記説明した高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いは、例えば電極や活物質、電解質／液といった電池の構成要素の構造や材質等により定まる種々のパラメータに起因するものである。例えば、充放電可能な電気の総量を示すパラメータである蓄電可能容量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が優れる、一方、充放電に対する蓄電可能容量の劣化耐性を示すパラメータであるＣレート特性は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅより高出力型バッテリＥＳ−Ｐの方が優れる。また、充放電に対する電気抵抗値を示すパラメータである内部抵抗（インピーダンス）は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が高い。したがって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が充電受入れ特性が劣る。

このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとでは特性が異なり、この特性の違いによって各バッテリにおける発熱量も異なる。図２は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性等の相違を表形式に示す図である。図２に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとでは、電圧、エネルギー重量密度、出力重量密度、充電受入れ特性、内部抵抗、外部電源を用いた充電の際に主に使用する充電器、ＳＯＣの目標値、回生電力の受入れ基準が異なり、当該相違が発熱量の大きさに影響する。特に、図２に示す丸で囲った特性等は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと比較して、高容量型バッテリＥＳ−Ｅでの発熱量を増加させる。したがって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの発熱量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも大きい。

上述のように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なるが、ＥＣＵ１１７が管理する各バッテリの上限管理温度は共に同程度である。上限管理温度は、バッテリを使用する際の上限温度であり、ＥＣＵ１１７は上限管理温度を超えたバッテリの充放電を制約する。なお、ＶＣＵ１０７の発熱量は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも大きいが、上限管理温度も、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各上限管理温度よりも高く設定されている。

次に、電動車両内における高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７の配置と各々の冷却について説明する。図３は、電動車両内における高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７の位置と冷却液の流れとの関係を示す図である。図３に示すように、電動車両の内部には、図１に示した高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７が、冷媒としての冷却液によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、ＶＣＵ１０７の順に冷却されるよう配置されている。すなわち、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７には、これらを環状に管路で結ぶ循環路１１９が形成されており、この循環路１１９内を冷却液が図３に点線の矢印で示す向きに流れる。

電動車両の内部には、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７の他、図３に示すように、電動ウォータポンプ（EWP）１２１と、循環路１１９上に設けられたラジエータ（RAD）１２３と、ラジエータファン１２５と、温度センサ１２７１，１２７ｅ，１２７２，１２７ｐと、図１に示したＥＣＵ１１７とが設けられている。電動ウォータポンプ１２１は、冷却液が循環路１１９を循環するための圧力を発生する。ラジエータ１２３は、循環路１１９を循環する冷却液を車両前方の流入空気によって冷却する。ラジエータファン１２５は、ラジエータ１２３を通過中の冷却液を風によってさらに冷却する。

温度センサ１２７１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを冷却する前の冷却液の温度Ｔ１を検出する。温度センサ１２７１が検出した温度Ｔ１を示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。温度センサ１２７ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅを検出する。温度センサ１２７ｅが検出した温度Ｔｅを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。温度センサ１２７２は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを冷却した後であって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却する前の冷却液の温度Ｔ２を検出する。温度センサ１２７２が検出した温度Ｔ２を示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。温度センサ１２７ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを検出する。温度センサ１２７ｐが検出した温度Ｔｐを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。

ＥＣＵ１１７は、温度センサ１２７ｅ，１２７２，１２７ｐが検出した温度に基づいて電動ウォータポンプ１２１の駆動を制御することによって、循環路１１９を循環する冷却液の供給量を調整する。また、ＥＣＵ１１７は、温度センサ１２７１，１２７ｅ，１２７ｐが検出した温度に基づいてラジエータファン１２５の駆動を制御することによって、循環路１１９を循環する冷却液の温度を調整する。以下、ＥＣＵ１１７が行う電動ウォータポンプ１２１及びラジエータファン１２５の制御の詳細について、図４を参照して説明する。図４は、ＥＣＵ１１７が行う冷却処理の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、ＥＣＵ１１７は、温度センサ１２７ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び温度センサ１２７ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐの少なくともいずれか一方がしきい値Ｔｔｈ以上（Ｔｅ又はＴｐ≧Ｔｔｈ）かを判断し（ステップＳ１０１）、Ｔｅ又はＴｐ≧ＴｔｈであればステップＳ１０３に進み、Ｔｅ及びＴｐ＜ＴｔｈであればステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１１７は、電動ウォータポンプ１２１を駆動するよう制御する。なお、しきい値Ｔｔｈとしては、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの上限管理温度又はその近傍の温度が設定される。

次に、ＥＣＵ１１７は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを冷却する前の冷却液の温度（一次温度）Ｔ１が高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐのいずれか低い方の温度より高い（Ｔ１＞Ｔｅ又はＴｐ）かを判断し（ステップＳ１０５）、Ｔ１＞Ｔｅ又はＴｐであればステップＳ１０７に進み、Ｔ１≦Ｔｅ及びＴｐであればステップＳ１０５に戻る。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１１７は、ラジエータファン１２５を駆動するよう制御する。

次に、ＥＣＵ１１７は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐがしきい値Ｔｔｈ以上（Ｔｐ≧Ｔｔｈ）であり、かつ、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを冷却した後であって高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却する前の冷却液の温度（二次温度）Ｔ２が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐより高い（Ｔ２＞Ｔｐ）かを判断し（ステップＳ１０９）、Ｔｐ≧ＴｔｈかつＴ２＞ＴｐであればステップＳ１１１に進み、Ｔｐ＜Ｔｔｈ又はＴ２≦ＴｐであればステップＳ１０９に戻る。ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１１７は、電動ウォータポンプ１２１を増速して、循環路１１９を循環する冷却液の単位時間当たりの供給量が増大するよう制御する。

以上説明したように、本実施形態によれば、発熱量が大きな高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは十分に冷却され、下流側に配置される高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの熱によって温まった冷却液によって冷却されるが、発熱量が小さいため十分に冷却される。このように、発熱量の異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの上限管理温度は共に同程度であるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐともバランス良く冷却されるため双方とも適当な温度に保たれ、一方のバッテリのみが上限管理温度に到達してしまうといった可能性を低減できる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐに比べて、ＶＣＵ１０７の発熱量は大きいが上限管理温度も高いため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐを優先して冷却してもＶＣＵ１０７が上限管理温度に到達しないようＶＣＵ１０７を冷却することができる。なお、ＶＣＵ１０７は高容量型バッテリＥＳ−Ｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの近傍に配置されているため、２つのバッテリに加えてＶＣＵ１０７もまとめて効率的に冷却することができる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの内部抵抗は高く発熱量が大きいが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、内部抵抗の異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅはエネルギー重量密度が高く出力重量密度が低いため、一般的に高出力型バッテリＥＳ−Ｐと比して使用（放電）頻度が高く、発熱量が大きいが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、特性の異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。また、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣの目標値は低いため、高容量型バッテリＥＳ−ＥはＳＯＣがこの低い目標値に低下するまで継続的に放電される。その結果、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの発熱量が大きくなるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、ＳＯＣの目標値の相違によって発熱量が異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却をそれぞれのバッテリの使われ方の差異を考慮した上で、最適な形態で行うことができる。また、回生電力のうち高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電できない分を高容量型バッテリＥＳ−Ｅに充電するが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは内部抵抗が高く充電受入れ特性が劣るため発熱量が大きい。しかし、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、充電受入れ特性の異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却をそれぞれのバッテリの使われ方の差異を考慮した上で、より最適な形態で行うことができる。また、急速充電器１０５は高い電圧で高容量型バッテリＥＳ−Ｅを充電するが、高電圧での充電はそのバッテリにおいて大きな発熱を伴う。しかし、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから優先して冷却されるため、充電時の発熱量が異なる複数のバッテリを備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。

また、冷却液の温度は、図４のフローチャートで示したように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを冷却前の温度Ｔ１に基づいて管理され、循環路１１９を循環する冷却液の供給量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却前の冷却液の温度Ｔ２と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐとの関係に基づいて調整される。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐが上昇しても、冷却液の温度と供給量を変えることで、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを適切に冷却することができる。特に、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却する前の冷却液の温度Ｔ２が、しきい値Ｔｔｈ（高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの上限管理温度に相当する値、若しくはその近傍の値）よりも高い高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐよりも高ければ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは冷却液によって加温されてしまうが、電動ウォータポンプ１２１を増速して冷却液の供給量を増大し、単位量の冷却液が高容量型バッテリＥＳ−Ｅから伝達される熱量を小さくすることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却する前の冷却液の温度Ｔ２を下げることができる。このため、しきい値Ｔｔｈよりも高い温度の高出力型バッテリＥＳ−Ｐを冷却液によって冷却することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Electrical Vehicle）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）又はＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても良い。また、冷却液を一例として説明された冷媒は気体であっても良い。

また、上記説明では、冷却液が冷却する対象が高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０７であるが、発熱量は異なるが上限管理温度が同程度の２つの電装品を高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの代わりに冷却しても良い。この場合、発熱量が大きな第１電装品から優先して冷却されるため、第１電装品は十分に冷却され、下流側に配置される第２電装品は、第１電装品の熱によって温まった冷却液によって冷却されるが、発熱量が小さいため十分に冷却される。このように、発熱量の異なる複数の電装品を備えたシステムの冷却を最適な形態で行うことができる。

また、図５に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側にもＶＣＵ２０７を設けても良い。２つのＶＣＵを設けることで、モータジェネレータ１１及びＰＤＵ１３に印加される電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅに束縛されないため、効率が向上する。但し、ＶＣＵを２つ備えるために高い冷却性能が要求される。また、上述したように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは一般的に高出力型バッテリＥＳ−Ｐと比して使用（放電）頻度が高く、これに伴い、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶＣＵの動作頻度も高出力型バッテリＥＳ−ＰのＶＣＵ１０７の動作頻度と比べて高い。したがって、図６に示すように、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＶＣＵ２０７は、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＶＣＵ１０７よりも上流側に設けられる。

１０１モータジェネレータ（MG）
１０３普通充電器
１０５急速充電器
１０７，２０７ＶＣＵ
１０９ＰＤＵ
１１１Ｖ１センサ
１１３Ｖ２センサ
１１５スイッチ群
１１７ＥＣＵ
１１９循環路
１２１電動ウォータポンプ（EWP）
１２３ラジエータ（RAD）
１２５ラジエータファン
１２７１，１２７ｅ，１２７２，１２７ｐ温度センサ
ＥＳ−Ｅ高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ高出力型バッテリ
ＳＷｅ，ＳＷｐスイッチ

Claims

第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、充放電による発熱量が小さい第２蓄電器と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動して電動車両の動力を出力する駆動部と、
前記電動車両の内部を流れる冷媒によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の温度を制御する制御部と、
前記冷媒の温度を調整する温度調整部と、
前記冷媒の供給量を調整する供給量調整部と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量を管理する第１管理部と、を備え、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されており、
前記制御部は、前記第１蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である一次温度が前記第１蓄電器の温度及び前記第２蓄電器の温度の少なくともいずれか一方より高い場合は、前記温度調整部を駆動して前記冷媒の温度を下げた後、前記第１蓄電器を冷却した後であって前記第２蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である二次温度と、前記第２蓄電器の温度と、に基づいて、前記供給量調整部による前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断し、
前記第１管理部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量の各目標値に基づいて、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の充電を制御し、
前記第１蓄電器の蓄電容量の目標値は、前記第２蓄電器の蓄電容量の目標値より低い、駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御部が管理する前記第１蓄電器の上限管理温度と前記第２蓄電器の上限管理温度は略同じである、駆動装置。
請求項１又は２に記載の駆動装置であって、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部を含む電装部を備え、
前記第１蓄電器、前記第２蓄電器及び前記電装部は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器、前記電装部の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されている、駆動装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記第１蓄電器は、前記第２蓄電器に比べて内部抵抗が高い、駆動装置。
請求項４に記載の駆動装置であって、
前記第１蓄電器は、前記第２蓄電器に比べて、エネルギー重量密度が優れ、かつ、出力重量密度が劣る、駆動装置。
請求項４又は５に記載の駆動装置であって、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の蓄電容量を管理する第２管理部を備え、
前記第２管理部は、前記駆動部の回生動作によって得られた回生電力を前記第１蓄電器よりも優先して前記第２蓄電器に充電し、前記回生電力のうち前記第２蓄電器に充電できない分を前記第１蓄電器に充電するよう、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の充電を制御する、駆動装置。
請求項３に記載の駆動装置であって、
前記電圧変換部は、前記第２蓄電器の出力電圧を変換し、
外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第２蓄電器に直接充電する第１充電部と、
前記外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第１充電部よりも高い電圧で前記第１蓄電器に直接充電する第２充電部と、
を備えた、駆動装置。
請求項４から６のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記第２蓄電器の出力電圧を変換する電圧変換部と、
外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第２蓄電器に直接充電する第１充電部と、
前記外部電源から供給された電力を変換して、当該変換した電力を前記第１充電部よりも高い電圧で前記第１蓄電器に直接充電する第２充電部と、
を備えた、駆動装置。
請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記制御部は、前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する際、前記二次温度が前記第２蓄電器の温度より高い場合は、前記冷媒の供給量が増大するよう前記供給量調整部を制御する、駆動装置。
請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置であって、
前記制御部は、前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する際、前記第２蓄電器の温度がしきい値より高く、かつ、前記二次温度が前記第２蓄電器の温度より高い場合は、前記冷媒の供給量が増大するよう前記供給量調整部を制御する、駆動装置。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動装置を有する、輸送機器。
第１蓄電器と、
前記第１蓄電器に比べて、充放電による発熱量が小さい第２蓄電器と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から得られる電力によって駆動して電動車両の動力を出力する駆動部と、
前記電動車両の内部を流れる冷媒によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の温度を制御する制御部と、
前記冷媒の温度を調整する温度調整部と、
前記冷媒の供給量を調整する供給量調整部と、を備え、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器は、前記冷媒によって前記第１蓄電器、前記第２蓄電器の順に冷却されるよう前記電動車両の内部に配置されている駆動装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記第１蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である一次温度が前記第１蓄電器の温度及び前記第２蓄電器の温度の少なくともいずれか一方より高い場合は、前記温度調整部を駆動して前記冷媒の温度を下げた後、前記第１蓄電器を冷却した後であって前記第２蓄電器を冷却する前の前記冷媒の温度である二次温度と、前記第２蓄電器の温度と、に基づいて、前記供給量調整部による前記冷媒の供給量の増大を行うか否かを判断する、制御方法。